CAREER: Interfacing Spins with Photons - Quantum Many-Body Physics with Non-Local Interactions
职业:自旋与光子的接口 - 具有非局域相互作用的量子多体物理
基本信息
- 批准号:1753021
- 负责人:
- 金额:$ 70万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Continuing Grant
- 财政年份:2018
- 资助国家:美国
- 起止时间:2018-09-01 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The forces between particles are typically local, decreasing in strength with increasing distance. Locality restricts the forms of matter that we find in nature - and harness in technology - to be far less varied than what the laws of physics theoretically allow. For example, while quantum mechanics permits information to be stored in correlations shared between distant particles, it is more natural to store information in individual local "bits." In this project, to explore the full potential of quantum mechanics, this team will engineer forces that act non-locally, letting photons carry information between massive particles at light speed. Potential impacts include discovering new states of matter and enabling new approaches to computation and precision sensing.Experiments will be conducted in a model system composed of laser-cooled atoms, which can be understood abstractly as spins or qubits. Effectively non-local interactions will be induced by strongly coupling the atoms to light in an optical resonator. This team will engineer and probe a variety of spin models, including an Ising model featuring a phase transition in computational complexity. They will examine how the structure of interactions influences quantum correlations and dynamics. They will also entangle atoms in a controlled fashion, comparing coherent and dissipative approaches to harnessing atom-light interactions for many-body quantum state preparation. High-resolution imaging will enable detailed characterization of quantum states.The project includes an educational component with two key objectives. One educational objective is to develop activities introducing high-school students to cutting-edge topics in quantum science, with an eye towards broadening participation in physics. Undergraduate students will develop and convey these activities, thereby also serving as mentors and role models. A second objective is to assess the impact of applying a student-centered, active learning approach in an advanced undergraduate course (statistical mechanics), in lieu of traditional lectures where students watch the professor derive complex equations on a blackboard.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
颗粒之间的力通常是局部的,随着距离的增加,强度降低。 当地性限制了我们在自然界中发现的物质形式(以及技术利用)的变化远不及理论上允许的物理定律。 例如,虽然量子力学允许将信息存储在遥远粒子之间共享的相关性中,但将信息存储在单个局部“位”中是更自然的。 在该项目中,为了探索量子力学的全部潜力,该团队将设计非局部作用的力量,让光子以轻速的速度在大型颗粒之间携带信息。 潜在的影响包括发现物质的新状态并启用新的计算方法和精确传感。经验将在由激光冷原子组成的模型系统中进行,该模型系统可以抽象地理解为旋转或Qubits。 有效地将非本地相互作用通过将原子强烈耦合到光学谐振器中来诱导。 该团队将设计和探索各种旋转模型,其中包括具有计算复杂性相位过渡的iSing模型。 他们将研究相互作用的结构如何影响量子相关性和动力学。 它们还将以受控的方式纠缠原子,比较利用原子 - 光相互作用的相干和耗散的方法进行多体量子态制备。 高分辨率成像将使量子状态的详细表征能够详细表征。该项目包括一个具有两个关键目标的教育组成部分。 一个教育目标是开展活动,向高中生介绍量子科学领域的尖端主题,并着眼于扩大对物理学的参与。 本科生将开发和传达这些活动,从而作为导师和榜样。 A second objective is to assess the impact of applying a student-centered, active learning approach in an advanced undergraduate course (statistical mechanics), in lieu of traditional lectures where students watch the professor derive complex equations on a blackboard.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
项目成果
期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Number Partitioning With Grover’s Algorithm in Central Spin Systems
中央旋转系统中使用 Grover 算法进行数字划分
- DOI:10.1103/prxquantum.2.020319
- 发表时间:2021
- 期刊:
- 影响因子:9.7
- 作者:Anikeeva, Galit;Marković, Ognjen;Borish, Victoria;Hines, Jacob A.;Rajagopal, Shankari V.;Cooper, Eric S.;Periwal, Avikar;Safavi-Naeini, Amir;Davis, Emily J.;Schleier-Smith, Monika
- 通讯作者:Schleier-Smith, Monika
Photon-Mediated Spin-Exchange Dynamics of Spin-1 Atoms
- DOI:10.1103/physrevlett.122.010405
- 发表时间:2019-01-09
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Davis, Emily J.;Bentsen, Gregory;Schleier-Smith, Monika H.
- 通讯作者:Schleier-Smith, Monika H.
Spectrum, Landau–Zener theory and driven-dissipative dynamics of a staircase of photons
光谱、朗道齐纳理论和光子阶梯的驱动耗散动力学
- DOI:10.1088/1367-2630/aaf825
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:3.3
- 作者:Marino, J;Shchadilova, Y E;Schleier-Smith, M;Demler, E A
- 通讯作者:Demler, E A
Protecting Spin Coherence in a Tunable Heisenberg Model
- DOI:10.1103/physrevlett.125.060402
- 发表时间:2020-08-03
- 期刊:
- 影响因子:8.6
- 作者:Davis, Emily J.;Periwal, Avikar;Schleier-Smith, Monika H.
- 通讯作者:Schleier-Smith, Monika H.
Photon-mediated spin-mixing dynamics
- DOI:10.1117/12.2515795
- 发表时间:2019-03
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Gregory S. Bentsen;E. Davis;Lukas Homeier;Avikar Periwal;Eric S. Cooper;K. Van Kirk;M. Schleier-Smith
- 通讯作者:Gregory S. Bentsen;E. Davis;Lukas Homeier;Avikar Periwal;Eric S. Cooper;K. Van Kirk;M. Schleier-Smith
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Monika Schleier-Smith其他文献
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Many-Particle Quantum Engineering with Photon-Mediated Interactions
具有光子介导相互作用的多粒子量子工程
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1506401 - 财政年份:2015
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23K06244 - 财政年份:2023
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23K14410 - 财政年份:2023
- 资助金额:
$ 70万 - 项目类别:
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists